深度覆盖下的特殊场景天线及应用

随着LTE正式商用，LTE用户数急剧增加，数据业务呈现爆发性增长。随着我司LTE三期建设的开展，城市中LTE宏覆盖基本完成，从而LTE深度覆盖成为用户体验的瓶颈。本文针对深度覆盖下的高层楼宇和电梯这2个场景进行天线方面的研究。

首先介绍用于高层楼宇覆盖的天线方案。现有的天线楼层越来越高，有的高度达到了90m，而楼间距则越来越小，有的甚至达到了40m。现有高层覆盖主要有以下4种方式：传统的14.5dBi的射灯天线，低增益的射灯天线，对数周期天线以及排气管天线。为了较好地覆盖高层楼宇建议以天线主瓣来覆盖，因为旁瓣和零点都比主瓣低10dB以上，用旁瓣和零点来对准楼宇进行覆盖，信号太弱。传统14.5dBi射灯天线增益垂直面波束宽度只有30°，无法一副天线覆盖整栋楼宇。低增益射灯天线和对数周期天线增益较低，无法满足覆盖要求。同时，对数周期天线主要用于室内的电梯覆盖，外罩未做紫外线防护，容易老化。排气管天线增益虽高，但是在天线垂直面波束内有很多零点和副瓣，主瓣对应的楼层较少，一副天线无法覆盖整栋高楼。

因此，本文推出一种垂直面大张角天线。它利用单个半波振子的垂直波束宽度约为65°特点，仅在水平维度布阵以提升天线增益。同时，高低频振子嵌套排列，因而可涵盖GSM900～LTE-D，支持多系统合路。同时，振子可采用双极化或者单极化振子，即可以支持LTE MIMO。由于该天线一副就能覆盖一栋高楼，施工点较少，安装便利，可靠性较高，可伪装成射灯形状，尺寸为430mm×430mm，与普通360mm×360mm的射灯尺寸相当。

以下介绍大张角天线与传统天线的对比测试结果。首先是与对数周期天线的对比，某省某楼盘高为50m，楼间距70m，楼顶分别部署大张角天线和对数周期天线，经测试对比，大张角天线平均比对数周期天线提升约5dB。其次是与排气管天线的对比，某省某楼盘高约90m，楼间距40m，楼顶分别部署大张角天线和排气管天线，经测试对比，大张角天线覆盖效果相比排气管天线提升10～20dB。与普通射灯天线的对比，某省某楼盘楼高30层，约90m高，楼间距为48m，根据夹角计算，楼顶对打天线，垂直覆盖角度要求为62°。普通射灯天线角度为30°，无法较好覆盖一整栋楼。测试结果表明，目标覆盖区域在高楼层信号相当，但在中低位置，大张角天线比普通射灯天线信号提升10dB左右。最后介绍30层楼高、楼间距40m场景下的入户覆盖情况，对高中低不同楼层和户型进行了入户测试，结果表明，垂直面大张角天线基本满足覆盖需求。测试结果表明，垂直面大张角天线可以代替现有的楼宇对打方案进行覆盖，在成本方面与用户普通射灯天线相当。考虑到伪装的便利性以及避免高层信号干扰，建议尽量放置在楼顶且需要天线大下倾，保证天线主瓣对准底层楼宇以解决一楼弱覆盖问题。

现有高层电梯覆盖方案主要有2种，一种是传统电梯覆盖方案，它采用信源、与电梯高度相近的长电缆、若干个定向耦合器以及若干个对数周期天线组成。这种方案需要布放多个天线和定向耦合器，施工较为复杂。此外，电缆长度与电梯高度相近，损耗较大（例如在D频段，1/2电缆的百米损耗为12dB），同时由于需要安装多个天线，施工和维护费用较高。另一种方案是随行轿厢方案，它采用信源、与电梯高度相近的长随行电缆和放置在轿厢顶部的小功率有源设备组成。同样，这种方案电缆长度与电梯高度相近，损耗较大（例如在D频段，1/2电缆的百米损耗为12dB），同时，由于需要安装多个天线，施工和维护费用较高。馈线随着轿厢上下，老化速度较快，可靠性较差。此外，随行电缆需要从电梯取点，信号不稳，有源设备工作信号不稳定。

现推出一种新型电梯覆盖方案――采用信源、短电缆以及高增益面阵天线组成。该天线采用高低频振子嵌套摆放以支持全频段。原理是水平和垂直两个维度同时布阵，以提升天线增益。信源可以是普通信源也可以是满格宝，天线可根据省公司信源定制为单极化或双极化，天线尺寸不超过460mm×460mm。为了去除安装施工带来的安全隐患，建议天线安装在电梯底部。

新型电梯覆盖方案与现有方案在不同制式上的对比测试。首先是在某省19层居民楼里在GSM900上的对比测试，现有方案采用在电梯井道的3、7、10、13、18层侧壁各安装一副对数周期天线，而新型覆盖方案仅需一副高增益面阵天线。从测试结果可以看出，传统方案和新方案都可以满足GSM900的-85dBm的验收标准，但新型方案的覆盖效果更好，最差覆盖电平比现有方案的最差覆盖电平高约10dB，那么信源的功率就可以降10dB左右。多余的功率可以用于楼宇对打或者室内平层覆盖。

其次介绍的是在某省29层居民楼里在DCS1800上的对比测试结果。现有方案采用在电梯井道的2、5、8、11、15、19、23和27层侧壁各安装一副对数周期天线，而新型覆盖方案仅需一付高增益面阵天线。从测试结果可以看出，传统方案和新方案都可以满足DCS1800的-90dBm验收标准，但新型方案的覆盖效果更好，可适当降低新型方案的信源发射功率，多余的功率可以用于楼宇对打或者室内平层覆盖。在某省29层居民楼里在LTE上的对比测试显示，现有方案采用在电梯井道的2、5、8、11、15、19、23和27层侧壁各安装一副对数周期天线，而新型覆盖方案仅需一付高增益面阵天线。从测试结果可以看出，传统方案和新方案都可以满足LTE的-105dBm验收标准，但新型方案的覆盖效果更好，可适当降低新型方案的信源发射功率，多余的功率可以用于楼宇对打或者室内平层覆盖。某省8层居民楼的采用满格宝作为信源的新型天线方案的测试，满格宝放置在楼层顶部，测试结果表明，满格宝+高增益面阵天线方案可以覆盖10层左右居民楼。

最后对高增益面阵天线做个总结。经测试，高增益面阵天线可以替代传统对数周期天线用于居民楼和写字楼的高层电梯覆盖。一副高增益面阵天线即可完成约30层电梯的覆盖，与传统方案相比，可较大幅度节省成本。并且由于仅有一个天线点位，故障点位较少，整个系统可靠性较高，安装和维护方便。此外，该高增益面阵天线可用于类似电梯井的狭长环境，譬如隧道的覆盖，相比于漏缆，可以大幅减少投资成本。应用建议方面，建议天线安装在电梯井底部。